第1节 静电场的描述1优秀课件.ppt
第1节 静电场的描述11第1 页，本讲稿共21 页第一节第一节静电场的描述静电场的描述2第2 页，本讲稿共21 页电荷是一种物质属性。电荷性质：同性相斥、异性相吸。一、电荷电荷有两类，正电荷、负电荷。2.电荷守恒定律表述：在一个与外界没有电荷交换的系统内，正负电荷的代数和在任何物理过程中保持不变。电荷守恒定律适用于一切宏观和微观过程(例如核反应和基本粒子过程)，是物理学中普遍的基本定律之一。1.摩擦起电1.起电方法2.感应起电3.原子核反应电量：物体所带电荷数量的多少。单位：库仑。3第3 页，本讲稿共21 页3.电荷的量子化 19061917年，密立根（R.A.millikan)用液滴法测定了电子电荷，证明微小粒子带电量的变化是不连续的，它只能是元电荷 e 的整数倍,即粒子的电荷是量子化的。迄今所知，电子是自然界中存在的最小负电荷，质子是最小的正电荷。1986年的推荐值为：e=1.6021773310-19库仑(C)4.电荷相对论不变性 在不同的参照系内观察，同一个带电粒子的电量不变。电荷的这一性质叫做电荷的相对论不变性。物体所带的电量与物体的运动状态无关。4第4 页，本讲稿共21 页表述：在真空中两个静止点电荷之间的作用力（静电力）与它们的电量的乘积成正比，与它们之间距离的平方成反比；此静电力的方向沿着它们的联线，同号电荷相斥，异号电荷相吸。库仑定律的数学表达式：式中：的方向：从施力者指向受力者。q1 对q2 的作用力q1q2 0,与 同向；q1q2 0,与 反向；二、库仑定律点电荷：只有电量而无几何形状与大小的带电体。1785 年库仑总结出两个点电荷之间的作用规律。条件：带电体本身的线度 到其它带电体的距离。5第5 页，本讲稿共21 页在国际单位制中，K 常写成：称为真空中的电容率或介电常数库仑定律：例：经典的氢原子中电子绕核旋转，质子质量 Mp=1.67 10-27 kg,电子质量 me=9.11 10-31 kg,求电子与质子间的库仑力Fe与万有引力F引之比。解：库仑力大小万有引力大小6第6 页，本讲稿共21 页三、电场电荷是通过电场来作用的。电场的基本性质：对处在其中的其它电荷会产生作用力，该力称为电场力。电场是电荷周围存在的一种特殊物质。电荷电荷qq11电荷电荷q q22电场电场EE场的物质性体现在：a.给电场中的带电体施以力的作用。c.变化的电场以光速在空间传播，表明电场具有动量电场是一种客观存在，是物质存在的一种形式。b.当带电体在电场中移动时，电场力作功.表明电场具有能量。静电场：相对于观察者静止的电荷周围产生的电场。7第7 页，本讲稿共21 页描写电场性质的物理量。四、电场强度1.电场强度的定义1.检验电荷：本身携带电荷足够小；占据空间也足够小，放在电场中不会对原有电场有显著的影响。2.将 放在点 电荷系产生的电场中，受到的作用力为。比值 与检验电荷无关，反映电场本身的性质。电场强度：单位正电荷在电场中某点所受到的力。物理意义场强单位是N/C。或者叫做 伏特/米。+Qq0+电场出发点:从电场的电荷受力出发，引入一描述电场的物理量。8第8 页，本讲稿共21 页 点电荷系电场中空间某点的场强为各个点电荷在该点单独存在时产生的场强的矢量和。证明：检验电荷受力2.场强迭加原理两边除q0证毕场强迭加原理9第9 页，本讲稿共21 页3.场强的计算1.点电荷的场强表示 的单位矢量。2.点电荷系的场强的方向：从源点指向场点。位矢 求场点O 场源10第10 页，本讲稿共21 页3.连续带电体的场强将带电体分成很多元电荷 dq,对场源求积分，可得总场强：电荷元的选取：电荷的体密度 电荷的面密度 电荷的线密度 对于电荷线分布的带电体对于电荷面分布的带电体对于电荷体分布的带电体先求出它在任意场点p 的场强:11第1 1 页，本讲稿共21 页体电荷分布的带电体的场强面电荷分布的带电体的场强线电荷分布的带电体的场强解题思路及步骤：解题思路及步骤：1.建立坐标系。2.确定电荷密度:4.确定电荷元的场5.求场强分量Ex、Ey、EZ。3.求电荷元电量;体,面,线求总场12第12 页，本讲稿共21 页例1：求电偶极子中垂线上一点的电场强度。电偶极子：一对等量异号的点电荷系。电偶极矩:解：由对称性分析Ey=013第13 页，本讲稿共21 页结论：电偶极子中垂线上距离中心较远处一点的场强，与电偶极子的电矩成正比，与该点离中心的距离的三次方成反比，方向与电矩方向相反。写成矢量式：场强的大小为：14第14 页，本讲稿共21 页例2：电荷均匀分布在一根长直细棒上，此棒电荷线密度为。试计算距细棒垂直距离为x的P 点的场强。已知细棒两端和P 点的连线与X 轴的夹角分别为1和2。解:线电荷密度15第15 页，本讲稿共21 页同样可得：16第16 页，本讲稿共21 页讨论 讨论:1.无限长均匀带电直线，2.设棒长为l，xl 无穷远点场强，相当于点电荷的电场。1=/2,2=/217第17 页，本讲稿共21 页例3：均匀带电圆环半径为R，带电量为q,求：圆环轴线上一点的场强。解：电荷元dq 的场由场对称性 E=0r 与 x 都为常量18第18 页，本讲稿共21 页讨论 讨论讨论:1.环心处：x=0,E=02.当 x R,相当于点电荷的场。3.场强极大值位置：令19第19 页，本讲稿共21 页例题4 均匀带电圆盘轴线上一点的场强。设圆盘带电量为，半径为解：带电圆盘可看成许多同心的圆环组成，细圆环带电量取一半径为r，宽度为dr 的细圆环。20第20 页，本讲稿共21 页在远离带电圆面处，相当于点电荷的场强。相当于无限大带电平面附近的电场，可看成是均匀场，场强垂直于板面，正负由电荷的符号决定。2.当六、带电体在电场中的受力1.当讨论：如果知道电场中场强的分布，又知道放于该点的电荷q0，则该质点所受的电场力为：。如果连续带电体，则电场力为：21第21 页，本讲稿共21 页
